(57)【要約】【課題】  簡素な構成またはアルゴリズムで良好に、ツリウム添加光ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ）の利得スペクトルを制御することができる光ファイバ増幅器を提供する。【解決手段】  ツリウムを添加した増幅用光ファイバ（２０１）、前記増幅用光ファイバに入射する励起光を発する励起光源（２０４）、前記増幅用光ファイバ中における前記励起光の損失量を検出する検出手段（２３０）、前記検出手段において検出された損失量と、あらかじめ記憶された、利得値に相当する励起光損失量との誤差信号を出力する誤差信号抽出手段（２４０）、および前記励起光のパワーを変動させ前記誤差信号が零となるように、前記励起光源を制御する制御手段（２５０）を備えた。【選択図】  図２
2006245334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツリウムを添加した増幅用光ファイバ、
前記増幅用光ファイバに入射する励起光を発する励起光源、
前記増幅用光ファイバ中における前記励起光の損失量を検出する検出手段、
前記検出手段において検出された損失量と、あらかじめ記憶された、利得値に相当する励起光損失量との誤差信号を出力する誤差信号抽出手段、および
前記励起光のパワーを変動させ前記誤差信号が零となるように、前記励起光源を制御する制御手段
を備えた光ファイバ増幅器。
【請求項２】
前記励起光の波長は、７６０ｎｍから８４０ｎｍ、９８０ｎｍから１１２０ｎｍ、または１３２０ｎｍから１５２０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項３】
前記励起光の波長と異なる波長を有する、前記増幅用光ファイバに入射する第二の励起光を発する第二の励起光源をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項４】
前記増幅用光ファイバに入射する前記第二の励起光のパワーは、一定であることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項５】
前記第二の励起光は、前記増幅用光ファイバの信号光出力端から信号光入力端に向けて入射することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項６】
前記増幅用光ファイバ中における前記第二の励起光の損失量を検出する第二の検出手段、
前記第二の検出手段において検出された損失量と、あらかじめ記憶された、利得値に相当する第二の励起光の損失量との第二の誤差信号を出力する第二の誤差信号抽出手段、および
前記第二の励起光のパワーを変動させ前記第二の誤差信号が零となるように、前記第二の励起光源を制御する第二の制御手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項７】
前記励起光の波長は、７６０ｎｍから８４０ｎｍ、９８０ｎｍから１１２０ｎｍ、または１３２０ｎｍから１５２０ｎｍであって、前記第二の励起光の波長は、１１００ｎｍから１３００ｎｍ、または１５００ｎｍから１８０００ｎｍであることを特徴とする請求項３乃至６に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項８】
前記増幅用光ファイバは、ツリウムを３０００ｐｐｍｗｔ％以上添加されていることを特徴とする請求項１乃至７に記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ増幅器に関し、より詳細には、利得を一定に制御することができる光ファイバ増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ通信システムでは、適当な伝送距離ごとに光ファイバ増幅器を挿入し、光ファイバ中を伝送して減衰した光信号を増幅することにより長距離伝送を可能としている。誘導放出を利用した光ファイバ増幅器は、増幅帯域内で波長の異なる複数の信号光を同時一括増幅でき、波長多重光伝送方式（ＷＤＭ伝送方式）に用いられている。またＷＤＭ伝送方式をベースとしたフォトニックネットワークも盛んに研究されている。
【０００３】
一般にエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium doped fiber amplifier）に代表される光増幅器をＷＤＭ伝送に適用する場合、周波数の異なる複数の信号が、ほぼ均一なパワーで増幅され出力されるように、光増幅器の利得スペクトルは平坦であることが望ましい。一般には、光増幅器の利得スペクトルの逆特性を有する利得等化器を併用し、平坦な利得スペクトルを実現するのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、光増幅器では一般に入力が変化すると、利得スペクトルが変化してしまう。すなわち、ある入力信号パワー条件で利得平坦を実現しても、光ファイバのスパン損失の経時変化やＷＤＭチャンネル数の変化などによって、増幅器への入力パワーが変化すると、チャンネル間のチャネル間出力にばらつきのあるＷＤＭ信号が出力されることになる。この結果、出力パワーの高いチャネルは、後続の光ファイバ伝送路中で発生する非線形光学効果で劣化する。また、出力の低いチャネルは、次段の光増幅器において光信号雑音比を劣化させる原因となる。すなわち、光増幅器は入力パワー変動に対し利得スペクトルを一定に保つ必要がある。
【０００５】
このような悪影響を抑える方法として、ＥＤＦＡにおいては利得を一定に制御する方法が広く用いられている。ＥＤＦＡの利得スペクトルＧ（λ）は、ＥＤＦＡ中のエルビウムのイオン密度をＮｔｏｔ、このうち増幅始凖位状態のエルビウムイオン密度をＮ２、増幅終凖位状態のエルビウムイオン密度をＮ１とすると（Ｎｔｏｔ＝Ｎ２＋Ｎ１）、次の式（１）で表される。
【０００６】
【数１】
2006245334.tif 000003
【０００７】
ここで、Ｌはエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）の長さ、ｇ＊（λ）は単位長さあたりの完全反転分布状態での利得、α（λ）は単位長さあたりの吸収を表している。ｇ，α，Ｌは励起光パワーや入力信号のパワーに依存せず一定である。Ｎ２のみが励起光パワーと信号光入力パワーに依存する値であり、Ｎ２の値によってＥＤＦＡの利得スペクトルＧ（λ）は一意に決定する。Ｎ２は、励起光パワーなどを変化させることで一定に制御することが可能であり、これにより利得スペクトルを一定に制御することができる。
【０００８】
これに対し、ツリウム添加光ファイバ増幅器（ＴＤＦＡ：Thulium doped fiber amplifier）の場合には状況が複雑である。ツリウムイオンのエネルギー凖位を図１に示す。ＴＤＦＡの１４００ｎｍ増幅は、３Ｈ４→３Ｆ４の四凖位系の誘導放出を用いている。ツリウム添加ファイバ（ＴＤＦ）中のツリウムイオンの総密度をＮｔｏｔ、励起状態で増幅始凖位、増幅終凖位、基底凖位にあるツリウムの密度を、それぞれＮ２，Ｎ１，Ｎ０とすると（Ｎｔｏｔ＝Ｎ２＋Ｎ１＋Ｎ０）、ＴＤＦＡの利得は、
【０００９】
【数２】
2006245334.tif 000004
【００１０】
で表される。ここでＬはＴＤＦ長、ｇ＊（λ）はツリウムがすべて３Ｈ４に励起された場合の単位長さあたりの利得、α（λ）はツリウムがすべて ３Ｆ４に励起された場合の、単位長さあたりの吸収を表している。Ｎ２およびＮ１は、それぞれ励起光パワーと信号光入力パワーに依存する値であり、それぞれがある程度独立に変動する。したがって、利得スペクトルを一定に制御するためには、Ｎ２およびＮ１の２つの変数をそれぞれ制御する必要がある。
【００１１】
このＮ２およびＮ１をそれぞれ独立に制御する方法として、２波長でＴＤＦＡを励起し、その２波長を独立に制御する方法が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【００１２】
Ｎ２およびＮ１をそれぞれ独立に制御する別の方法として、利得制御用に別の信号光を設け、その信号光の入力パワーを制御する方法が提案されている（たとえば、非特許文献２参照）。この方法については制御誤差信号の抽出方法として、利得制御用信号光の利得をモニタする方法が提案されている。
【００１３】
【非特許文献１】W. J. Lee et al., “Gain excursion & tilt compensation algorithm for TDFA using 1.4 um/1.5 um Dual Wavelength Pump Control.” Proc. OFC 2002, Paper ThZ3, pp. 571-572, 2002.
【非特許文献２】S. Aozasa and M. Shimizu, “Novel gain spectrum control method for input power and temperature variations in S-band thulium doped fiber amplifier,” Proceedings of 29th European Conference on Optical Communication (ECOC2003), paper We4.p.10, 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、２波長でＴＤＦＡを励起し、その２波長を独立に制御する上記の方法では、これらの２波長をどのような制御誤差信号を元に制御するのかが明らかにはされていない。
【００１５】
また、利得制御用に別の信号光を設け、その信号光の入力パワーを制御する上記の方法では、制御目標値が一定で経験的なフィッティングパラメータを入れなくてはならないため設定が複雑、制御用信号光の波長変動が致命的な制御誤差になる、などの煩雑な初期設定や増幅器構成を用いなければならなかった。
【００１６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、比較的簡素な構成またはアルゴリズムで良好に、ＴＤＦＡの利得スペクトルを制御することができる光ファイバ増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光ファイバ増幅器であって、ツリウムを添加した増幅用光ファイバ、前記増幅用光ファイバに入射する励起光を発する励起光源、前記増幅用光ファイバ中における前記励起光の損失量を検出する検出手段、前記検出手段において検出された損失量と、あらかじめ記憶された、利得値に相当する励起光損失量との誤差信号を出力する誤差信号抽出手段、および前記励起光のパワーを変動させ前記誤差信号が零となるように、前記励起光源を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、前記励起光の波長は、７６０ｎｍから８４０ｎｍ、９８０ｎｍから１１２０ｎｍ、または１３２０ｎｍから１５２０ｎｍであることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、前記励起光の波長と異なる波長を有する、前記増幅用光ファイバに入射する第二の励起光を発する第二の励起光源をさらに備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光ファイバ増幅器であって、前記増幅用光ファイバに入射する前記第二の励起光のパワーは、一定であることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光ファイバ増幅器であって、前記第二の励起光は、前記増幅用光ファイバの信号光出力端から信号光入力端に向けて入射することを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の光ファイバ増幅器であって、前記増幅用光ファイバ中における前記第二の励起光の損失量を検出する第二の検出手段、前記第二の検出手段において検出された損失量と、あらかじめ記憶された、利得値に相当する第二の励起光の損失量との第二の誤差信号を出力する第二の誤差信号抽出手段、および前記第二の励起光のパワーを変動させ前記第二の誤差信号が零となるように、前記第二の励起光源を制御する第二の制御手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項３乃至６に記載の光ファイバ増幅器であって、前記励起光の波長は、７６０ｎｍから８４０ｎｍ、９８０ｎｍから１１２０ｎｍ、または１３２０ｎｍから１５２０ｎｍであって、前記第二の励起光の波長は、１１００ｎｍから１３００ｎｍ、または１５００ｎｍから１８０００ｎｍであることを特徴とする。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７に記載の光ファイバ増幅器であって、前記増幅用光ファイバは、ツリウムを３０００ｐｐｍｗｔ％以上添加されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、比較的簡素な構成またはアルゴリズムで、良好にＴＤＦＡの利得スペクトルを制御することができる光ファイバ増幅器を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
ツリウムイオン密度は、図１に示したように励起光や信号光による基底凖位吸収、励起光による励起凖位吸収と誘導放出、ツリウムイオン間の非発光相互作用（クロス緩和）、および８００ｎｍの増幅された自然放出光（ＡＳＥ光）などのバランスで決定する。特に８００ｎｍ帯ＡＳＥが強く成長している領域（ＴＤＦＡのピーク波長が比較的短波長にあり、かつ利得が高い状態）で使用する場合には、励起光や信号光の基底準位吸収の影響が相対的に小さくなり、８００ｎｍＡＳＥ光の誘導吸収・誘導放出でＮ２とＮ０の比がほぼ決定する。このため、１つのパラメータ（Ｎ１の情報を含むパラメータ）を一定に制御するだけで、Ｎ１、Ｎ２ともにほぼ一定に制御できるため、式（２）よりある程度の精度（〜数ｄＢ以内）で利得制御が可能となる。
【００２７】
Ｎ１の情報を含むパラメータの一つとして、励起光のＴＤＦ内の損失が挙げられる。励起光のＴＤＦ中の損失は、基底準位吸収および励起準位吸収からなるが、励起準位吸収の割合が基底準位吸収と比較して格段に大きく、基底準位吸収をほぼ無視できる。すなわち、励起光のＴＤＦ中の損失を一定とすることで、Ｎ１を一定とすることができ、この結果利得スペクトルをある程度一定に制御できる。
【００２８】
さらに第二の励起光を追加することで、その制御精度は向上する。前述の通り、Ｎ２とＮ０の比は、８００ｎｍＡＳＥ光の誘導吸収・誘導放出でほぼ決定されるが、励起光や信号光の基底準位吸収の影響が全くないわけではない。特に、入力信号光のパワーが強い場合には、利得一定制御するために励起光のパワーも強くなり、入力信号光のパワーが小さい場合よりも、励起光・信号光の基底凖位吸収が大きくなり、その影響で利得制御誤差がより大きくなる。基底凖位吸収の効率が高く、比較的パワーの強い第二の励起光を追加することで、第一の励起光や信号光の基底凖位吸収が無視できるようになり、スペクトル精度が上昇する。特に、励起光と信号光の基底準位吸収を比較した場合、信号光の基底準位吸収の方が、より大きな誤差原因となるため、信号光が増幅されて強くなる増幅用光ファイバの出力端から、入力端に向かって第二の励起光を入力することが、制御精度を向上させるのに、より有効となる。この場合、第二の励起光を一定パワーで入力してもある程度の利得制御精度を確保できるが、第二の励起光吸収を一定に保つことが出来れば、さらに制御精度が向上することになる。
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３０】
（第一の実施形態）  
図２に、本発明に係る第一の実施形態の光ファイバ増幅器の構成を示す。本実施形態の光ファイバ増幅器は、励起光を発する励起光源２０４と、励起光を２分岐する分岐カプラ２０５と、分岐カプラ２０５で分岐された励起光の一方を、光アイソレータ２０２ａを介して入力された信号光と合波するＷＤＭカプラ２０３ａと、励起光と合波された信号光を入力するＴＤＦ２０１と、ＴＤＦ２０１を通過した励起光と信号光を分波するＷＤＭカプラ２０３ｂと、ＷＤＭカプラ２０３ｂで分波された信号光が通過して出力される光アイソレータ２０２ｂとを備えた光増幅部２００、分岐カプラ２０５で分岐された励起光の他方を入力とするＰＤ（Photo Diode）２０６と、ＷＤＭカプラ２０３ｂで分波された励起光を入力とするＰＤ２０７と、ＰＤ２０６およびＰＤ２０７からそれぞれ出力される励起光のパワーレベル（入力モニタ値、出力モニタ値）に基づいて、ＴＤＦ２０１中における励起光の損失量（励起光損失量モニタ値）を出力する励起光損失２３１とを備えた検出部２３０、ある利得値に相当する励起光損失量をあらかじめ目標値として記憶する（図示しない）記憶部と、予め記憶された目標値と励起光損失２３１から出力された励起光損失量モニタ値とを比較し誤差信号を出力する誤差信号抽出部２４０、および、誤差信号抽出部２４０から出力される誤差信号に基づいて励起光源２０４から発せられる励起光のパワーを制御する制御部２５０、を備える。
【００３１】
光増幅部２００では、入力された１４００〜１５３０ｎｍの間の波長を有する信号光と、励起光源２０４から発せられた励起光が、ＷＤＭカプラ２０３ａで合波され、ＴＤＦ２０１に入力される。励起光がＴＤＦ２０１中のＴｍ３＋イオンを活性化し、そこを信号光が通過して誘導放出を起こすことで、信号光が増幅され、出力される。
【００３２】
励起光のＴＤＦ２０１への入力パワーは、励起光源２０４と分岐カプラ２０３ａとの間に配置された分岐カプラ２０５で分岐された励起光を、検出部のＰＤ２０６へ入力することで、モニタされる。励起光のＴＤＦ２０１からの出力パワーは、ＴＤＦ２０１と光アイソレータ２０２ｂとの間に配置されたＷＤＭカプラ２０３ｂで信号光と分波された励起光を、検出部のＰＤ２０７へ入力することで、モニタされる。
【００３３】
検出部２０３では、ＰＤ２０６で測定された励起光のＴＤＦ２０１への入力モニタ値、ＰＤ２０７で測定されたＴＤＦ２０１からの出力モニタ値を元に、ＴＤＦ２０１中における励起光の損失量（励起光損失量モニタ値）を計算し、誤差信号抽出部２４０に出力する。
【００３４】
誤差信号抽出部２４０では、ある利得値に相当する励起光損失量をあらかじめ目標値としてセットしておき、この目標値と検出部から出力された励起光損失量モニタ値とを比較し、誤差信号を抽出し、制御部２５０へ出力する。
【００３５】
制御部２５０では、誤差信号抽出部２４０からの誤差信号を入力し、誤差信号が零となるように励起光源２０４を制御する。誤差信号＝励起光損失量モニタ値−目標値と定義した場合、誤差信号が正の場合には励起光のパワーを上昇させる方向に、誤差信号が負の場合には励起光のパワーを下降させる方向に、励起光源２０４を制御する。
【００３６】
本実施形態の構成では、励起光を信号光と同一方向へ入力する前方励起構成としたが、励起光を信号光と逆方向に伝搬するように入力する後方励起構成とすることができる。また、ＴＤＦ２０１の両端から励起光を入力する双方向励起構成でも適用可能である。制御精度については、後方励起構成もしくは双方向励起構成の方が、前方励起構成よりも良い。
【００３７】
たとえば、より具体的には、励起光源２０４としては、波長が８００ｎｍ±４０ｎｍ（７６０ｎｍから８４０ｎｍ、以下同様）、１０５０ｎｍ±７０ｎｍ、もしくは１４２０ｎｍ±１００ｎｍの励起光を用いることが可能である。これらの波長では、高出力半導体ＬＤを利用することができる。ＴＤＦ２０１へ入力する励起光のパワーをモニタする分岐カプラ２０５としては、１０：１カプラや２０：１カプラなどのカプラを利用することもできる。また、ここでは、分岐カプラ２０５を用いて、入力する励起光のパワーを測定する例を示しているが、半導体ＬＤなどにはＬＤの出力端とは逆側の端に、出力をモニタするモニタＰＤが備えられていることが多く、分岐カプラ２０５とＰＤ２０６の代わりに、このモニタＰＤを利用することもできる。
【００３８】
また、ＴＤＦ２０１のＴｍ３＋のコア添加量がどのような値であっても、本実施形態の構成を用いることができるが１波長励起で高い効率を得るためには、Ｔｍ３＋の添加量を３０００ｐｐｍ以上とすることが望ましい。
【００３９】
図３に本実施形態の光ファイバ増幅器において、信号入力変動した場合のＷＤＭ信号の利得を示す。ＴＤＦ２０１は、コアにＴｍ３＋を６０００ｐｐｍ添加しており、カットオフ波長を１０００ｎｍ、比屈折率差Δｎを１．６％、ファイバ長を３ｍとした。励起光源２０４として、波長が１３９０ｎｍの高出力ＬＤを用いた。信号光に、波長が１４６０から１５４０ｎｍまでの９波（波長間隔１０ｎｍ）のＷＤＭ信号を−１１〜−３１ｄＢｍ／ｃｈの間で変化させ、誤差信号が零となるように、すなわち励起光のＴＤＦ２０１における損失が一定となるように、励起光源２０４のパワーを制御した。本実施形態の光ファイバ増幅器を、上記例示したように実施した場合には、図３に示すように利得スペクトルを誤差２．５ｄＢ程度で制御することができる。
【００４０】
（第二の実施形態）  
図４に、本発明に係る第二の実施形態の光ファイバ増幅器を示す。本実施形態の光ファイバ増幅器の構成は、ＴＤＦの両端からそれぞれ波長の異なる励起光を入力する双方向励起構成である。図２に示す第一の実施形態の光ファイバ増幅器の構成と比較すると、第二の実施形態の光ファイバ増幅器の構成には、信号光と逆方向に入力される励起光を発する励起光源が更に備えられている。
【００４１】
本実施形態の光ファイバ増幅器は、励起光Ａを発する励起光源４０４と、励起光Ａを２分岐する分岐カプラ４０５と、分岐カプラ４０５で分岐された励起光Ａの一方を、光アイソレータ４０２ａを介して入力された信号光と合波するＷＤＭカプラ４０３ａと、励起光Ａと合波された信号光を入力するＴＤＦ４０１と、ＴＤＦ４０１を通過した励起光Ａと信号光を分波するＷＤＭカプラ４０９と、励起光Ａと異なる波長を有し、ＷＤＭカプラ４１０および４０９を介して信号光と逆方向にＴＤＦ４０１へ入力される励起光Ｂを発する励起光源４０８と、ＷＤＭカプラ４０９で分波された信号光が通過して出力される光アイソレータ４０２ｂと、を備えた光増幅部４００、分岐カプラ４０５で分岐された励起光Ａの他方を入力とするＰＤ４０６と、ＷＤＭカプラ４０９で分波された励起光Ａを、ＷＤＭカプラ４１０を介して入力するＰＤ４０７と、ＰＤ４０６およびＰＤ４０７からそれぞれ出力される励起光Ａのパワーレベル（入力モニタ値、出力モニタ値）に基づいて、ＴＤＦ４０１中における励起光Ａの損失量（励起光損失量モニタ値）を出力する励起光損失４３１とを備えた検出部４３０、ある利得値に相当する励起光損失量をあらかじめ目標値として記憶する（図示しない）記憶部と、予め記憶された目標値と励起光損失４３１から出力された励起光損失量モニタ値とを比較し誤差信号を出力する誤差信号抽出部４４０、および、誤差信号抽出部４４０から出力される誤差信号に基づいて励起光源４０４から発せられる励起光Ａのパワーを制御する制御部４５０、を備える。
【００４２】
光増幅部４００では、入力された１４００〜１５３０ｎｍの間の波長を有する信号光と、励起光源４０４から発せられた励起光Ａとが、ＷＤＭカプラ４０３で合波され、ＴＤＦ４０１に入力される。励起光ＡがＴＤＦ４０１中のＴｍ３＋イオンを活性化し、そこを信号光が通過して誘導放出を起こすことで、信号光が増幅され、出力される。
【００４３】
また、励起光源４０４とは異なる波長を有する励起光源４０８からの励起光Ｂが、ＴＤＦ４０１の出力側端から、ＷＤＭカプラ４０９を介して入力される。
【００４４】
励起光ＡのＴＤＦ４０１への入力パワーは、励起光源４０４とＷＤＭカプラ４０３との間に配置された分岐カプラ４０５で分岐された励起光Ａを、検出部４３０のＰＤ４０６へ入力することでモニタされる。励起光ＡのＴＤＦ４０１からの出力パワーは、ＴＤＦ４０１と光アイソレータ４０２ｂとの間に配置されたＷＤＭカプラ４０９で信号光と分離された励起光Ａを、さらに励起光Ａと励起光Ｂを分離するＷＤＭカプラ４１０を介して取り出し、検出部４３０のＰＤ４０７へ入力することで、モニタされる。
【００４５】
検出部４３０では、ＰＤ４０６で測定された励起光ＡのＴＤＦ４０１への入力モニタ値、ＰＤ４０７で測定されたＴＤＦ４０１からの出力モニタ値を元に、ＴＤＦ４０１中における励起光Ａの損失量（励起光Ａ損失量モニタ値）を計算し、誤差信号抽出部４４０に出力する。
【００４６】
誤差信号抽出部４４０では、ある利得値に相当する励起光Ａの損失量をあらかじめ目標値としてセットしておき、この目標値と検出部から出力された励起光Ａ損失量モニタ値とを比較し、誤差信号を抽出し、制御部４５０へ出力する。
【００４７】
制御部４５０では、誤差信号抽出部４４０からの誤差信号を入力とし、誤差信号が零となるように励起光源４０４を制御する。誤差信号＝励起光Ａ損失量モニタ値−目標値と定義した場合、誤差信号が正の場合には励起光Ａのパワーを上昇させる方向に、誤差信号が負の場合には励起光Ａのパワーを下降させる方向に、励起光源４０４を制御する。なおこの間、励起光Ｂはパワーを一定としてＴＤＦ４０１に入力されている。
【００４８】
本実施形態では、励起光Ａを信号光と同一方向へ入力する前方励起構成としたが、本制御法は、励起光Ａを信号光と逆方向に伝搬するように入力する後方励起構成や、ＴＤＦ４０１の両端から励起光Ａを入力する双方向励起構成でも適用可能である。制御精度については、後方励起構成もしくは双方向励起構成の方が、前方励起構成よりも良い。励起光Ｂについても前方励起・後方励起どちらでも効果はあるが、信号の進行方向と逆方向へ入力する方がより、制御精度が高くなる。
【００４９】
励起光源４０４としては、波長が８００ｎｍ±４０ｎｍ（７６０ｎｍから８４０ｎｍ、以下同様）、１０５０ｎｍ±７０ｎｍ、もしくは１４２０ｎｍ±１００ｎｍの励起光Ａを発する励起光源を用いることが可能である。励起光源４０８の波長には、１２００ｎｍ±１００ｎｍもしくは１６５０ｎｍ±１５０ｎｍのものを用いるのが良い。これらの波長では、高出力半導体ＬＤを利用することが出来る。ＴＤＦへの入力励起光Ａのパワーをモニタする分岐カプラ４０５としては、１０：１カプラや２０：１カプラなどのカプラを利用することもできる。また、本実施形態では、分岐カプラ４０５を用いて、入力励起光パワーを測定する例を示しているが、半導体ＬＤなどにはＬＤの出力端とは逆側の端に、出力をモニタするモニタＰＤが備えられていることが多く、分岐カプラ４０５およびＰＤ４０６の代わりに、このモニタＰＤを利用することも可能である。
【００５０】
また、ＴＤＦ４０１のＴｍ３＋のコア添加量がどのような値であっても、本実施形態の構成を適用可能であるが、１波長励起で高い効率を得るためには、Ｔｍ３＋の添加量を３０００ｐｐｍ以上とすることが望ましい。
【００５１】
図５に本実施形態の光ファイバ増幅器において、信号入力変動した場合のＷＤＭ信号の利得を示す。ＴＤＦ４０１は、コアにＴｍ３＋を６０００ｐｐｍ添加しており、カットオフ波長を１０００ｎｍ、比屈折率差Δｎを１．６％、ファイバ長を３ｍとした。励起光源４０４として、波長が１３９０ｎｍの高出力ＬＤを用い、励起光源４０８として波長が１２００ｎｍのＬＤを用いた。励起光源Ｂのパワーを４５ｍＷ程度とした。信号光に、１４６０から１５４０ｎｍまでの９波（波長間隔１０ｎｍ）のＷＤＭ信号を−１１〜−３１ｄＢｍ／ｃｈの間で変化させ、誤差信号が零となるように、すなわち励起光ＡのＴＤＦ４０１における損失が一定となるように、励起光源４０４のパワーを制御した。本実施形態の光ファイバ増幅器を、上記例示したように実施した場合には、図５に示すように利得スペクトルを誤差０．６ｄＢ程度で制御することができる。図３と比較すると、１２００ｎｍの第二の励起光（励起光Ｂ）を追加することで、制御精度が向上することが分かる。
【００５２】
（第三の実施形態）  
図６に、本発明に係る第三の実施形態の光ファイバ増幅器を示す。本実施形態の光ファイバ増幅器の構成は、第二の実施形態に示した光ファイバ増幅器と同様にＴＤＦの両端からそれぞれ波長の異なる励起光を入力する双方向励起構成である。図４に示す第二の実施形態の光ファイバ増幅器の構成と比較すると、第三の実施形態の光ファイバ増幅器の構成には、信号光と逆方向に入力される励起光のＴＤＦにおける損失量を検出し、当該励起光のパワーを制御するための構成要素が更に備えられている。
【００５３】
本実施形態の光ファイバ増幅器は、励起光Ａを発する励起光源６０４と、励起光Ａを２分岐する分岐カプラ６０６と、分岐カプラ４０５で分岐された励起光Ａの一方をＷＤＭカプラ６０５を介して、光アイソレータ６０２ａを介して入力された信号光と、合波するＷＤＭカプラ６０３と、励起光Ａと合波された信号光を入力するＴＤＦ６０１と、ＴＤＦ６０１を通過した励起光Ａと信号光を分波するＷＤＭカプラ６０８と、励起光Ａと異なる波長を有し、分岐カプラ６１０で２分岐され、ＷＤＭカプラ６０９および６０８を介して信号光と逆方向にＴＤＦ６０１へ入力される励起光Ｂを発する励起光源６０７と、ＷＤＭカプラ６０９で分波された信号光が通過して出力される光アイソレータ６０２ｂと、を備えた光増幅部６００、分岐カプラ６０６で分岐された励起光Ａの他方を入力とするＰＤ６１１と、ＷＤＭカプラ６０８で分波された励起光Ａを、ＷＤＭカプラ６０９を介して入力するＰＤ６１２と、ＰＤ６１１およびＰＤ６１２からそれぞれ出力される励起光Ａのパワーレベル（入力モニタ値Ａ、出力モニタ値Ａ）に基づいて、ＴＤＦ６０１中における励起光Ａの損失量（励起光Ａ損失量モニタ値）を出力する励起光Ａ損失６３１と、分岐カプラ６１０で分岐された励起光Ｂの他方を入力とするＰＤ６１４と、ＷＤＭカプラ６０３で分波された励起光Ｂを、ＷＤＭカプラ６０５を介して入力するＰＤ６１３と、ＰＤ６１３およびＰＤ６１４からそれぞれ出力される励起光Ｂのパワーレベル（入力モニタ値Ｂ、出力モニタ値Ｂ）に基づいて、ＴＤＦ６０１中における励起光Ｂの損失量（励起光Ｂ損失量モニタ値）を出力する励起光Ｂ損失６３２と、を備えた検出部６３０、ある利得値に相当する励起光Ａ損失量および励起光Ｂ損失量のそれぞれをあらかじめ目標値Ａおよび目標値Ｂとして記憶する（図示しない）記憶部と、予め記憶された目標値Ａと励起光Ａ損失６３１から出力された励起光Ａ損失量モニタ値とを比較し誤差信号Ａを出力し、予め記憶された目標値Ｂと励起光Ｂ損失６３２から出力された励起光Ｂ損失量モニタ値とを比較し誤差信号Ｂを出力する誤差信号抽出部６４０、および、誤差信号抽出部６４０から出力される誤差信号Ａに基づいて励起光源６０４から発せられる励起光Ａのパワーを制御し、誤差信号抽出部６４０から出力される誤差信号Ｂに基づいて励起光源６０７から発せられる励起光Ｂのパワーを制御する制御部６５０、を備える。
【００５４】
光増幅部６００では、入力された１４００〜１５３０ｎｍの間の波長を有する信号光と、励起光源６０４から発せられた励起光Ａとが、ＷＤＭカプラ６０３で合波され、ＴＤＦ６０１に入力される。励起光がＴＤＦ６０１中のＴｍ３＋イオンを活性化し、そこを信号光が通過して誘導放出を起こすことで、信号光が増幅され、出力される。
【００５５】
また、励起光源６０４とは異なる波長を有する励起光源６０７からの励起光Ｂが、ＴＤＦ６０１の出力側端から、ＷＤＭカプラ６０８を介して入力される。
【００５６】
励起光ＡのＴＤＦ６０１への入力パワーは、励起光源６０４とＷＤＭカプラ６０５との間に配置された分岐カプラ６０６で分岐された励起光Ａを、検出部６３０のＰＤ６１１へ入力することでモニタされる。励起光ＡのＴＤＦ６０１からの出力パワーは、ＴＤＦ６０１と光アイソレータ６０２ｂとの間に配置されたＷＤＭカプラ６０８で信号光と分離された励起光Ａを、さらに励起光Ａと励起光Ｂを分離するＷＤＭカプラ６０９を介して取り出し、検出部６３０のＰＤ６１２へ入力することで、モニタされる。
【００５７】
励起光ＢのＴＤＦ６０１への入力パワーは、励起光源６０７とＷＤＭカプラ６０９との間に配置された分岐カプラ６１０で分岐された励起光Ｂを、検出部６３０のＰＤ６１４へ入力することでモニタされる。励起光ＢのＴＤＦ６０１からの出力パワーは、ＴＤＦ３０１と光アイソレータ６０２ａとの間に配置されたＷＤＭカプラ６０３で信号光と分離された励起光Ｂを、さらに励起光Ａと励起光Ｂを分離するＷＤＭカプラ６０５を介して取り出し、検出部６３０のＰＤ６１３へ入力することで、モニタされる。
【００５８】
検出部６３０では、ＰＤ６１１で測定された励起光ＡのＴＤＦ６０１への入力モニタ値Ａ、ＰＤ６１２で測定されたＴＤＦ６０１からの出力モニタ値Ａを元に、ＴＤＦ６０１中における励起光Ａの損失量（励起光Ａ損失量モニタ値）を計算し、誤差信号抽出部６４０に出力する。また、ＰＤ６１４で測定された励起光ＢのＴＤＦ６０１への入力モニタ値Ｂ、ＰＤ６１３で測定されたＴＤＦ６０１からの出力モニタ値Ｂを元に、ＴＤＦ６０１中における励起光Ｂの損失量（励起光Ｂ損失量モニタ値）を計算し、誤差信号抽出部６４０に出力する。
【００５９】
誤差信号抽出部６４０では、ある利得値に相当する励起光Ａおよび励起光Ｂの損失量のそれぞれをあらかじめ目標値としてセットしておき、この目標値と検出部から出力された励起光Ａ損失量モニタ値および励起光Ｂ損失量モニタ値とをそれぞれ比較し、誤差信号Ａおよび誤差信号Ｂを抽出し、制御部６５０へ出力する。
【００６０】
制御部６５０では、誤差信号抽出部６４０から入力される誤差信号Ａおよび誤差信号Ｂが零となるように、励起光源６０４および励起光源６０７をそれぞれ制御する。誤差信号＝モニタ値−目標値と定義した場合、誤差信号が正の場合には励起光Ａまたは励起光Ｂのパワーを上昇させる方向に、誤差信号が負の場合には励起光Ａまたは励起光Ｂパワーを下降させる方向に、励起光源６０４および励起光源６０７をそれぞれ制御する。励起光Ａと励起光Ｂの制御ループは入れ子になっているため、制御光Ｂの制御スピードは、制御光Ａの制御スピードより十分遅くなっている。
【００６１】
本実施形態では、励起光Ａを信号光と同一方向へ入力する前方励起構成としたが、本制御法は、励起光Ａを信号光と逆方向に伝搬するように入力する後方励起構成や、ＴＤＦ６０１の両端から励起光Ａを入力する双方向励起構成でも適用可能である。制御精度については、後方励起構成もしくは双方向励起構成の方が、前方励起構成よりも良い。励起光Ｂについても前方励起・後方励起どちらでも効果はあるが、信号の進行方向と逆方向へ入力する方がより、制御精度が高くなる。
【００６２】
励起光源６０４としては、波長が８００ｎｍ±４０ｎｍ（７６０ｎｍから８４０ｎｍ、以下同様）、１０５０ｎｍ±７０ｎｍ、もしくは１４２０ｎｍ±１００ｎｍの励起光Ａを発する励起光源を用いることが可能である。励起光源６０７の波長には、１２００ｎｍ±１００ｎｍもしくは１６５０ｎｍ±１５０ｎｍのものを用いるのが良い。これらの波長では、高出力半導体ＬＤを利用することが出来る。ＴＤＦへの入力励起光Ａのパワーをモニタする分岐カプラ６０６および６１０としては、１０：１カプラや２０：１カプラなどのカプラを利用することもできる。また、半導体ＬＤなどにはＬＤの出力端とは逆側の端に、出力をモニタするモニタＰＤが備えられていることが多く、分岐カプラ６０６とＰＤ６１１との組み合わせ、または分岐カプラ６１０とＰＤ６１４との組み合わせの代わりに、このＬＤ内蔵のパワーモニタＰＤを利用することも可能である。
【００６３】
また、ＴＤＦ６−１のＴｍ３＋のコア添加量がどのような値であっても、本実施形態の構成を適用可能であるが、１波長励起で高い効率を得るためには、Ｔｍ３＋の添加量を３０００ｐｐｍ以上とすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】ツリウムイオンのエネルギー凖位を示す図である。
【図２】本発明に係る実施形態の光ファイバ増幅器の構成図である。
【図３】本発明に係る実施形態の光ファイバ増幅器におけるＷＤＭ信号の利得を示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態の光ファイバ増幅器の構成図である。
【図５】本発明に係る実施形態の光ファイバ増幅器におけるＷＤＭ信号の利得を示す図である。
【図６】本発明に係る実施形態の光ファイバ増幅器の構成図である。
【符号の説明】
【００６５】
２０１、４０１、６０１  ツリウム添加ファイバ（ＴＤＦ）
２０２ａ、２０２ｂ、４０２ａ、４０２ｂ、６０２ａ、６０２ｂ  光アイソレータ
２０３ａ、２０３ｂ、４０３、４０９、６０３、６０５、６０８、６０９  ＷＤＭカプラ
２０４、４０４、４０８、６０４、６０７  励起光源
２０５、４０５、４１０、６０６、６１０  分岐カプラ
２０６、２０７、４０６、４０７、６１１、６１２、６１３、６１４  ＰＤ
【図１】
2006245334.tif 000005
【図２】
2006245334.tif 000006
【図３】
2006245334.tif 000007
【図４】
2006245334.tif 000008
【図５】
2006245334.tif 000009
【図６】
2006245334.tif 000010